文摘

水土保持的森林洋槐pseudoacacia马里海滩的红旗农场,山西省冀县为研究对象,本研究潜在蒸散的估计数字在森林外的开放空间和高度3米,6米,在森林里和10米与2011 - 2012年期间的气候数据和升级Penman-Monteith公式;然后,本研究探讨了内部和外部的小气候特征洋槐pseudoacacia森林和之后显示的潜在蒸散的垂直变化规律洋槐pseudoacacia。结果表明:空气温度、相对湿度、风速、和潜在蒸散在地面上方不同高度显示变化趋势相似,但有一些变化在不同时期。此外,天气也对潜在蒸散的影响。4月、7月和10月的潜在蒸散的变化洋槐pseudoacacia森林显示双峰曲线在晴天和雨天,虽然它显示一个单峰曲线用很小的波动在雨天。然而,它显示一个单峰模式甚至在1月份晴天,它显示在下雪的天1月没有波动。

1。介绍

全球变暖,淡水资源的短缺已成为面临的最严重的生态和环境问题在21世纪人类社会的可持续发展。蒸散过程是全球变暖的重要反馈因素,吸引了科学界的特别关注生态和全球变化。潜在蒸散的理论上限的基础实际蒸散也是估算蒸散(1- - - - - -4]。识别其时间动力学和控制因素是蒸散作用的评价和预测的过程,在气候系统的基础上5]。森林的用水量是最重要的元素水平衡的森林水文和依赖选择水土保持森林和森林管理。是该基金会创建一个模仿自然森林和提高低质量低效率(6,7]。因此,森林水消费领域的热点问题之一森林水文、生态、和造林。

在半干旱黄土高原,有罕见的植被和水土流失严重,水在植被的生长起着关键作用。因此,在森林里水盈余和赤字相应成为这个地区的有关问题(8]。植物蒸腾作用构成的主要部分植物的耗水量在黄土高原半干旱和干旱地区,因此潜在蒸散成为黄土高原的主要焦点。研究潜在蒸散的变化不仅是水soil-vegetation-atmosphere循环系统的关键环节,同时也决定了区域生态需水量(9]。洋槐pseudoacacia的一个主要树种在黄土高原的水土保持规划,分析潜在蒸散变化趋势的洋槐pseudoacacia将有利于探索植物的耗水量和气候变化之间的关系,并将提供科学依据soil-vegetation-atmosphere系统的水循环。

有大量的方法计算潜在蒸散耗水量,包括Penman-Monteith公式,哈格里夫斯公式,和伊万诺夫粮农组织推荐的公式,例如,其中Penman-Monteith公式应用程序是最受欢迎的(10- - - - - -12]。近年来,许多学者Penman-Monteith公式用于评估的潜在蒸散林业面积;此外,也有许多学者更新Penman-Monteith公式更适合中国气候特点(13- - - - - -15]。洋槐pseudoacacia是其中一个主要的物种在黄土高原西部水土保持,合理吗洋槐pseudoacacia因此人工森林水土保持是非常重要的对于水资源的合理利用。有一些研究水土保持林的用水量规则(16,17]。周等人进行了一次调查在不同密度的蒸散特征洋槐pseudoacacia潜在蒸散高峰时期和一个15岁获得一个合理的密度洋槐pseudoacacia在黄土地区(18]。刘等人研究了混合的潜在蒸散油松和洋槐pseudoacacia森林具有不同直径(19]。然而,很少研究是在垂直的潜在蒸散变化洋槐pseudoacacia森林与季节和时间的变化。垂直潜在蒸散等对小气候变化的影响相对湿度和空气温度在一定程度上20.]。因此,它是重要的研究垂直潜在蒸散。

基于气象数据来自气象台洋槐pseudoacacia森林和森林以外的开放空间,本研究应用升级Penman-Monteith公式,已被证明是适合山西省(21),估算的潜在蒸散洋槐pseudoacacia在不同高度的森林和森林外的开放空间,探索不同的内部和外部之间的小气候特征洋槐pseudoacacia森林,和分析的潜在蒸散动态洋槐pseudoacacia随着时间的推移和季节的变化。所有的结论都将提供合理的引用水资源利用过程中洋槐pseudoacacia西方山西省黄土地区造林。

2。研究区域

研究区位于马里的红旗林场海滩,冀县山西省之间E110 45°′04′′, E110 38°47′′′和N36 15°00′′′, N36 32°04′′′(图1)。它属于山西省西部黄土高原沟壑区,平均海拔965 - 1345米。年度平均温度是10°C,平均年降水量为575.9毫米,而其年平均水面蒸发达到1732。9毫米。它有一个相对干燥的气候,降雨集中,植被稀疏,水土流失严重,土壤和loess-derived肉桂。黄土高原综合管理是一个关键的项目在中国自然改革工程,和它的原则是水土保持。在研究区,森林覆盖率是45%,和主要水土保持森林物种油松和洋槐pseudoacacia,主要的灌木物种沙棘和Ostryopsis davidiana(21]。

3所示。方法

本研究以水土保持森林的洋槐pseudoacacia在马里海滩样图和调查的参数洋槐pseudoacacia在研究区,也就是说,树高,胸径(胸径)和厚度的垃圾。细节如表所示1。

气象数据都来源于研究区两个气象站点。一个是安装在森林里洋槐pseudoacacia,可以记录相对湿度、空气温度、太阳辐射、风速、日照时间,和其他气象因素数据每30分钟3米的高度,6米和10米内的地面森林。另一个是安装在森林外的开放空间洋槐pseudoacacia,这也是用来测量相同的气象因素每30分钟。

基于观察到的气象数据,本研究应用更新Penman-Monteith公式估算的潜在蒸散洋槐pseudoacacia在不同的高度和开放空间的森林。Penman-Monteith公式是最流行的一种潜在蒸散的评估公式;尽管其原则是适用于不同的地区,它的一些经验系数受到区域条件。康修正的经验系数,使之更适合山西的潜在蒸散估算如下(21]: 新的半经验的公式的可靠性被康通过比较分析验证。更高精度的新的半经验的公式是基于道尔顿水分扩散法,包括三个气象因素,即空气温度(°C),阳光比和风速(米/秒)。

4所示。内小气候特征洋槐pseudoacacia森林

4.1。垂直变异森林内的空气温度

本研究选择的四种典型的晴天,也就是说,7月23日和2011年10月6日;2012年1月15日和4月14日,记录了空气温度在3 m的高度,6米和10米内的地面之上洋槐pseudoacacia森林,和每天的动态变化进行了分析。结果表明,内部的空气温度洋槐pseudoacacia森林有相似的变化在不同的高度;然而,变化范围在不同时期是不同的。此外,内部的空气温度洋槐pseudoacacia森林显示明显的昼夜变化。

2011年7月23日,内部的空气温度在不同高度洋槐pseudoacacia森林从六点左右开始迅速上升,上升15时左右达到高峰,然后下降(图2)。空气温度之间的差异不同高度18:00-23:00和0:00-9:00期间都接近于零。也许因为这一时期的太阳辐射是接近于零,森林吸收热量从不同高度是相对较小的,和辐射热量几乎是相同的;因此,空气温度基本上是一致的。此外,需要注意的是,有部分逆温层的现象,这意味着空气温度在6米的高度在3米的高度高于从9点到15:00。

2011年,10月6日,气温变化趋势,广泛的曲线,不同于7月。它从7点开始增加,达到峰值在11点左右,然后拒绝后,持续大约四个小时(图的峰值2)。有逆温层的现象,但它发生从18:00,0:00 23点至9点,从地面和空气温度增加森林的树冠。也许这是因为晚上的气温很低,10月和地面辐射冷却很快,这将导致表面附近的空气温度的迅速下降。因此,靠近地面,温度越低。随着地面辐射冷却的加剧,逆温层现象向上逐渐扩大,成为最强的黎明。此外,不同高度的温度差异最重要的五点左右,最低有效在17点左右。

虽然观察到的时间是在不同的年份,曲线可以看出,模式类似于7月1月,和一个部分类似于10月4月;然而,它并不完全一致。2012年1月15日,空气温度在不同高度在7:30开始上升,三点也达到了高峰,然后峰值后下降趋势显示。此外,温度高于零13:00-16:30之间只存在(图2)。晚上也有逆温层的现象,这是空气温度增加了从地面到树冠。

今年4月,气温是最特别的。2012年4月14日,有三个高峰,7点左右气温开始上升,达到第一个高峰在10点左右,并上升到另一个高峰,下午15时,分别(图2)。此外,第二个和第三个高峰比第一个高得多。此外,有类似夜间逆温层的现象,在10月和1月。

4.2。垂直变异森林内的相对湿度

相对湿度也观察到高度3米,6米和10米内的地面森林2011年7月23日和10月6日,2012年1月15日和4月14日。它可以获得内部相对湿度的变化洋槐pseudoacacia森林在不同高度相似,但不同程度是不同的在不同的时间。2011年7月23日和4月14日,2012年,有明显的昼夜变化,几种不同的高峰和低谷,虽然没有那么多波10月6日,2011年和2012年1月15日,但只有一个大的山谷。也许这是由于低温10月和1月和小空气温度昼夜之间的区别。

在四季的典型晴天,相对湿度之间的差异不同高度高于地面是当天晚上大,小。此外,森林内的相对湿度增加树冠的地面在0:00-8:00 20:00-23:00(图3)。2011年7月23日,当天相对湿度降低了从树冠表面,而反弹现象出现在高度降至约6米,这意味着森林的相对湿度在中间高度较低,而在附近的森林树冠层和更高的地面。树冠和土壤蒸散的主要部分。当土壤的水汽上升,相对湿度变得有点弱,这就是为什么相对湿度较高的树冠和地面的一部分,和低中间高的森林。

4.3。在森林垂直风速的变化

风速数据7月23日,10月6日,2011年1月15日和4月14日,2012年,收购的高度3米,6米和10米内的地面气象站的森林。风速的变化趋势也在不同高度相似。在四季的典型晴天,不同高度的风速下降10 m序列,6米和3米。风速在3米和6米的高度离地面表面相似,和变得更强,当达到10米的高度。风速越大,差异越大的高度离地面3米和6米的表面(图4)。

4.4。比较分析气象因素的内部和外部的不同生长时期的森林洋槐pseudoacacia

这项研究估计每月平均值,最大值,最小值和空气温度、相对湿度和风速(生长期的初级阶段)4月,7月生长期(峰值),(增长时期的最后阶段),10月和1月(nongrowth时期)。结果表明,平均气温在洋槐pseudoacacia森林是低于7月在森林外,同样的最高温度和最低温度。相反,森林里的空气温度和平均最低温度高于1月份在森林外,当最高温度还低。今年4月,平均气温和森林内的最高温度高,和最低温度较低(表2)。

总之,外面的森林内的空气温度高于1月,4月和10月的时候酷或冷,虽然较低时7月热了。此外,森林内的最高温度低了2.1°C,而最低温度高了0.91°C。这一现象表明,森林的树冠覆盖削弱了太阳辐射,降低地面长波辐射,导致森林内的温度增长缓慢和缓慢的温度降低时,外面变得很酷。因此,最高温度降低,最低气温上升在森林里面。

的平均值和最大值森林内的相对湿度大于外面,风速时相反。因此,可以看出洋槐pseudoacacia森林增加了相对湿度和风速慢了下来。这种现象可能是由于这样的事实:森林的树冠覆盖效应的削弱了内部的风速和湍流交换洋槐pseudoacacia森林,植物蒸腾、土壤蒸发的水蒸气挂在表面气氛很长一段时间,所以森林内的相对湿度较高比外面。

5。宠物的昼夜波动不同高度高于地面的森林在不同生长时期内洋槐pseudoacacia

5.1。在4月森林垂直变异的宠物

4月,黄土高原的干旱和多风的季节,温度逐渐上升,增长的初级阶段洋槐pseudoacacia,树叶开始展开,光合作用和蒸腾速率逐渐增加,所以用水量潜在蒸散的不断增加。本研究分析了潜在蒸散变化在不同高度内的地面之上洋槐pseudoacacia森林在不同天气条件下于4月24日至4月27日期间,4月24日下雨,阳光从4月25日到4月27日。

估计结果表明潜在蒸散的变化趋势是相似的在不同天气条件下不同高度离地面表面(图5)。在阳光明媚的日子,有一个潜在蒸散的双峰曲线变化,从对6:00-7:00开始迅速上升,第一个峰值在8:00-10:00,它呆在山顶有一段时间了。中午休息现象出现12:00-13:00,再次达到峰值,15时左右,然后下降山谷的底部大约在19点。然而,仍有一些潜在蒸散在不同高度甚至在晚上。此外,潜在蒸散的晴天明显大于在雨天。在雨天,太阳辐射强度相对较小,日照少,所以平均每日潜在蒸散显然不足,在阳光明媚的日子,只显示一个狭窄的峰值,下午一点开始上升,15时达到顶峰,然后降至19:00,底部。晚上比较潜在蒸散的天,没有显著变化在不同高度高于地面晚上,相反,很明显,和潜在蒸散在森林减少的序列10米,6米,3米。

5.2。在7月森林垂直变异的宠物

今年7月,降雨丰富,太阳辐射强度强。这也是一年潜在蒸散的旺季。本研究探讨了潜在蒸散变化在不同天气条件下不同高度高于地面内洋槐pseudoacacia森林从7月20日至7月23日期间,淋浴7月20日,阴天和下雨的7月21日和7月22日,7月23日,晴天。

4月份几乎一样,潜在蒸散的变化趋势也在不同天气条件下不同高度相似(图6)。森林内的潜在蒸散变化曲线显示,双峰模式不仅在阳光明媚的日子,还在淋浴时的日子,这也是增长6:00-7:00,然后显示下降趋势后,第一个峰值11:00。第二个峰值后开始下降再次于17:00,达成硅谷大约在19点。潜在蒸散在晚上仍然发生在不同高度,和潜在蒸散的晴天非常比洗澡的日子。在阴天和雨天太阳辐射强度和减少阳光较弱小时,潜在蒸散明显小于在晴天和淋浴的日子。单一类型曲线峰值,峰值波动很小,时间是不稳定的。在高峰在7月21日12:00左右,而在7月22日17点。这可能是引起各种太阳能辐射在不同的阴天和雨天。尽管7月气温较高,然而,潜在蒸散的差异在不同高度不同略有当天晚上,极大地,和潜在蒸散在森林已经4月份相同的序列,这是10 m > 6 m > 3米。

5.3。在10月森林垂直变异的宠物

10月的最后一个阶段是用更少的降雨和气温低增长时期,和潜在蒸散在森林逐渐削弱。本研究选择典型4天从10月6日到10月10日,并探讨了潜在蒸散在变化洋槐pseudoacacia森林在不同高度。在研究期间,10月7日,10月8日的天气是晴天,雨天10月9日和10月10日。

结果在图表示7,可以看出地面上方的高度没有推翻潜在蒸散的变化趋势在10月份不管天气条件。在阳光明媚的日子,双峰曲线也显示在潜在蒸散变化,增加从6点到7点,拒绝在12点到达第一个峰值后,再次三点之后第二个峰值,减少并最终到达谷在晚7:00;然而,晚上甚至不会降至零。平均潜在蒸散的晴天雨天高于。在雨天,潜在蒸散变化在某种程度上依赖于太阳辐射。有一定的太阳辐射10月9日,在和潜在蒸散变化洋槐pseudoacacia森林显示单一曲线,峰值和花费的时间到达峰值的时间是一致的第二个高峰在阳光明媚的日子。10月10日,太阳辐射强度接近于零,和阳光小时零,所以潜在蒸散没有波动,这是非常弱的,接近于零。

5.4。1月份垂直变异森林内的宠物

1月份黄土高原的空气温度低,和树叶洋槐pseudoacacia已经完全关闭,所以有微弱的光合作用和蒸腾作用,潜在蒸散是非常小的。本研究选择的四种典型的天从18到1月21日,2012年,进行内部的潜在蒸散变化的研究洋槐pseudoacacia森林在不同高度高于地面。

这是不同于其他季节,内部的潜在蒸散洋槐pseudoacacia森林有一个峰值曲线在阳光明媚的日子,并上升到峰值的时间也不同于其他三个月,大概十点开始上涨,但增长率开始降低在11点左右,到达峰值15时左右,然后下到山谷直到17点(图8)。在下雪的天,太阳辐射强度弱,和阳光小时更少。所以,没有明显的波动除了小波在11:00-16:00程度1月19日。内部的潜在蒸散洋槐pseudoacacia森林是负数在下雪的天,和类似的甚至在阳光明媚的日子。它表明,夜晚的气温非常低是否在晴天或下雪的天在研究区,和冷凝大于潜在蒸散。潜在蒸散的差异之间的不同高度离地面表面在晴天的夜晚,雪小天的1月,但这是白天的阳光明媚的日子。潜在蒸散的序列内的森林是10 m > 6 m > 3米。

5.5。比较分析不同高度的月平均宠物森林内外从2011年7月到2012年6月

这项研究估计每月潜在蒸散内部和外部的森林,分别。结果表示,月平均潜在蒸散在洋槐pseudoacacia森林是类似在不同高度从2011年7月到2012年6月(图9)。比较每个月的潜在蒸散,它可以获得不同月份的月度潜在蒸散变化如下:4月> > > 5月6月7月8月> > > > > 3月9月10月11月12月1月> > > 2月。4月是最高的129.1毫米,140.3毫米,171.1毫米和潜在蒸散的高度3米,6米和10米,分别是1月最低,每月和潜在蒸散只有32.54毫米,35.06毫米,41.51毫米的高度3米,6米和10米。4月和5月的原因是高可能在这一时期,因为它是干燥的,此外,有强风促进增长的潜在蒸散。6月和7月气温较高,所以潜在蒸散在这两个月相对较高。每月在森林外的开放空间,潜在蒸散是不同的,其序列> > 4月5月6月7月8月> > > > > > > 12月3月11月10月9月> 1 > 2月。森林内的潜在蒸散在不同高度的价格相比开放空间,结果表明,序列是开放空间> 10 m > 6 m > 3米。

从4月至8月期间,每月潜在蒸散的高度3米,6米,和10米内的地面森林是119.2毫米,128.9毫米,157.8毫米,分别是164.9毫米在森林外的开放空间,所有这些都远远大于其他几个月,2.49,2.48,2.56,和2.52倍,在其他月份,分别。开放空间之间的差异和离地面10米高的表面是最小的,只有5.1毫米,这是最大的开放空间和地面以上3米高度,22.9毫米。10米之间的一个高度和地面以上3米高度是17.8毫米,6米的高度与地面以上3米高度是6.4毫米。

6。结论

本研究获得以下结论。(1)在典型的四个季节的晴天,有内不同高度相似的变化趋势洋槐pseudoacacia森林的空气温度、相对湿度和风速、和不断变化的程度是不同的在不同的时间。其中,空气温度洋槐pseudoacacia森林都表现出明显的昼夜变化在典型的四个季节的晴天。但是相对湿度,显著的日变化只存在于4月和7月,但不是在1月和10月。通过分析垂直内空气温度和相对湿度的变化洋槐pseudoacacia森林,它可以发现有逆温层现象在一些时间。天时间相对较低的相对湿度在中间高度的森林和更高的树冠部分和近地表的地面部分,虽然会增加从树冠表面晚上地面。至于风速,这是更高的地区的森林。(2)根据这项研究,在今年1月、4月和10月,森林里的空气温度高于森林外的开放空间,在7月份时低。今年1月,在森林里最高温度为2.1°C低于外,最低温度是相反比外面高了0.91°C。相对湿度的平均值和最大值内每个月洋槐pseudoacacia森林都高于外部,是完全不同的风速时,意思是和最大值降低森林内。(3)本研究发现潜在蒸散的变化趋势几乎是在不同高度相似,但它是各种不同天气条件下。其中,潜在蒸散有明显的日变化趋势,显示双峰曲线的典型晴天和雨天的4月,7月和10月,而日规则是在雨天不再重要,并成为单峰曲线变化较小的波动模式。至于潜在蒸散,不同高度之间的差异并不明显的当天晚上,是伟大的,这是由10 m > 6 m > 3 m。而森林内的潜在蒸散显示1月份单峰曲线,在下雪的天,没有波动。不同高度之间的差异的潜在蒸散在夜间不那么重要,在下雪的天,晴天更重要。进一步从地面,潜在蒸散的越少。(4)这项研究表明,每月潜在蒸散的高度3米,6米,10米内的地面之上洋槐pseudoacacia森林是一致的从2011年7月到2012年6月,与月每月潜在蒸散变化如下:4月> > > 5月6月7月8月> > > > > 3月9月10月11月12月1月> > > 2月,而潜在蒸散在森林外的开放空间的序列> > 4月5月6月7月> > > > > > 3月10月9月8月11月12月> > 1 > 2月。此外,潜在蒸散的月度平均值在森林外的开放空间是大于10米的高度的森林里,随后是在6米的高度,和最小的是3米的高度。(5)4月至8月的潜在蒸散显著高于其他月份是否在森林或在森林外的开放空间。森林外的开放空间和地面以上10米高度最低有效,而且它的开放空间和3 m之间最大大不同高度高于地面。月平均潜在蒸散的值,在3米的高度,6米和10米的地面从2011年7月到2012年6月,930.9毫米,1007.6毫米,1221.5毫米,分别是1282.9毫米在森林外的开放空间。

确认

这项研究得到了国家科技重点项目支柱计划在“十二五”规划期间(没有。2011 bad38b06),中国国家基础研究计划(973计划)(2010号cb950904;2012 cb95570001),新教授的科研项目由北京林业大学(没有。BLX2012044)。国家野外观测站的数据支持冀县。